DE334312C

DE334312C - Process for starting internal combustion engines

Info

Publication number: DE334312C
Application number: DE1919334312D
Authority: DE
Original assignee: ERNST KOOK DIPL ING
Current assignee: ERNST KOOK DIPL ING
Priority date: 1919-02-05
Filing date: 1919-02-05
Publication date: 1921-03-15

Description

Verfahren für das Anlassen von Verbrennungskraftmaschinen. Einspritzmaschinen mit Selbstzündung, bei denen der fein verteilte flüssige Brennstoff direkt in den Verbrennungsraum eingeführt wird, besitzen nur dann sofortige Betriebsbereitschaft, wenn auch bei kalter Maschine die Vergasung und Zündung des Brennstoffes durch die Verdichtungswärme allein mit Sicherheit erreicht wird. Hierzu sind aber hohe Verdichtungsdrucke, erfahrungsgemäß über 3o Alm., erforderlich, was viele Nachteile hat.Procedure for starting internal combustion engines. Injection machines with auto-ignition, in which the finely divided liquid fuel is fed directly into the Combustion chamber is introduced, are only immediately operational if even if the engine is cold the gasification and ignition of the fuel by the Heat of compression alone is achieved with certainty. For this, however, high compression pressures are required, experience has shown that over 3o Alm., necessary, which has many disadvantages.

Demgegenüber können Verbrennungskraft-Maschinen, bei denen die Selbstzündung des eingespritzten flüssigen Brennstoffes durch die Verdichtungswärme nicht allein bewirkt werden kann, sondern nur durch zusätzliche Wärme von Wandungsteilen des Verbrennungsraumes, die im normalen Betriebe durch die Verbrennungen selbst erhitzt bleiben, mit wesentlich geringeren Verdichtungsspannungen - meist zwischen io und 2o Atm. - betrieben werden. Trotzdem bei diesen Maschinen im Gegensatz zu den erstgenannten durch die Verbrennung meist eine beträchtliche Drucksteigerung eintritt, sind die bei ihnen auftretenden Höchstdrucke viel geringer als bei jenen. Dafür haben sie aber den Nachteil, daß das Anlassen nur nach vorherigem Erhitzen der im Betriebe warm bleibenden Wandungsteile möglich ist.On the other hand, internal combustion engines, in which the self-ignition of the injected liquid fuel not only through the heat of compression can be caused, but only by additional heat from wall parts of the Combustion chamber, which is heated by the combustion itself in normal operation remain, with significantly lower compression stresses - mostly between io and 2o atm. - operate. Nevertheless with these machines in contrast to the former the combustion usually causes a considerable increase in pressure the maximum pressures occurring in them are much lower than in those. For that they have but the disadvantage that tempering is only possible after prior heating in the factory wall parts that remain warm is possible.

Um für dieses Anwärmen äußere Flammen und deren Feuersgefahr zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, diese Maschinen mit einem ohne Vorwärmung vergasbarem Hilfsbrennstoff anzulassen, der durch eine elektrische Hilfszündung entflammt wird, und sie mit diesem so lange zu betreiben, bis die Wandungen für den Betrieb mit dem normalen schwerer flüchtigen Brennstoff genügend warm geworden sind. Diese leicht flüchtigen Hilfsbrennstoffe vertragen aber, wenn Frühzündungen beim Anlaßbetriebe vermieden werden sollen, nur geringere Verdichtungsgrade als bei diesen Verbrennungsmaschinen meist angewandt werden. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, den normalen Verdichtungsraum für den Anlaßbetrieb durch Hinzuschalten eines Hilfsraumes derart zu vergrößern, daß diese Anlaßbrennstoffe verwendbar sind.In order to avoid external flames and the risk of fire for this heating, It has already been proposed that these machines be gasified without preheating To start auxiliary fuel that is ignited by an electrical auxiliary ignition, and operate them with this until the walls are ready for operation with have become sufficiently warm with normal, less volatile fuel. This easily but tolerate volatile auxiliary fuels if premature ignition occurs during starting operations should be avoided, only lower degrees of compression than with these internal combustion engines mostly used. It has therefore already been suggested that the normal Compression space for starting operation by adding an auxiliary space in this way to increase that these starting fuels are usable.

Durch dieses Anlaßverfahren werden zwar äußere Flammen vermieden, der leicht vergasbare Hilfsbrennstoff bildet aber eine neue Feuersgefahr und macht besondere Vorrichtungen erforderlich. Nach der Erfindung soll zum Anlaufen von Maschinen der zweiten Art sowohl äußere Vorwärmung als auch der Hilfsbetrieb mit dem leicht vergasbaren Brennstoff vermieden werden, und das Anlassen soll bei verhältnismäßig niedrigen Drucken erfolgen.This tempering process avoids external flames, the easily gasifiable auxiliary fuel, however, creates a new fire hazard and makes special devices required. According to the invention, to start up machines the second type both external preheating and the auxiliary operation with the easy gasifiable fuel should be avoided, and starting should be done at proportionate low pressure.

Zu diesem Zwecke wird beim Anlassen der kalten Maschine der Verdichtungsraum im Gegensatz zu den bekannten Maschinen verkleinert, und zwar so stark, daß er nur etwa noch den fünfzehnten Teil des Volumens zu Beginn der Verdichtung beträgt. Die nunmehr am Ende der Verdichtung vorhandene Temperatur ist ausreichend, um den alsdann eingespritzten schwer vergasbaren Brennstoff auch bei kalter Maschine mit Sicherheit zu zünden. Hierdurch würde aber, allein schon infolge der Verdichtung, der Druck <<uf etwa 35 Atin. gesteigert und - ganz abgesehen von der durch die Verbrennung noch darüber hinaus erfolgenden Drucksteigerung - der Vorteil der verhältnismäßig niedrigen Drucke nicht vorhanden sein.The compression chamber is used for this purpose when the cold engine is started reduced in size in contrast to the known machines, namely like this strong that it is only about a fifteenth part of the volume at the beginning of compression amounts to. The temperature now present at the end of compression is sufficient, The fuel that is then injected, which is difficult to gasify, even when the engine is cold to ignite with certainty. But this would, if only as a result of the compression, the pressure << uf about 35 atin. increased and - not to mention the through the combustion even beyond that there is an increase in pressure - the advantage of relatively low pressures do not exist.

Dieses vermeidet die Erfindung dadurch, cfaß gleichzeitig mit der zum Anlassen erfolgenden Verkleinerung des Verdichtungsraumes zwangläufig ebenfalls der Druck der Ladung zu Beginnt der Verdichtung gegenüber dem im normalen Betriebe zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Drucke erheblich verringert wird. Es wird hierbei von der berannten Tatsache Gebrauch gemacht, daß die durch die Verdichtung erfolgende Temperatursteigerung bei gleicher Anfangstemperatur nicht von der Höhe des Druckes selbst, sondern vom Verhältnis der Drucksteigerung abhängt, oder was gleichbedeutend ist-von dein räumlichen Verdichtungsverhältnis. Die zum sicheren Zünden erforderliche Endtemperatur der Verdichtung wird also unbeschadet des niedrigen Enddruckes erreicht.This avoids the invention by cfaß simultaneously with the The compression space must also be reduced in size for starting the pressure of the load at the beginning of the compression compared to that in normal operation prints existing at this time will be greatly reduced. It will be here made use of the fact that the densification takes place Increase in temperature at the same initial temperature does not depend on the level of pressure itself, but depends on the ratio of the pressure increase, or what is equivalent is-of your spatial compression ratio. The one required for safe ignition The final temperature of the compression is thus reached without prejudice to the low final pressure.

;Fig. i bis 3 stellt die Erfindung in Anwendung auf eine Viertakteinspritzmaschine dar. Fig. i kennzeichnet den Zustand des normalen Betriebes. Fig. z denjenigen des Anlaßbetriebes, der so lange durchgeführt wird, bis die Wandungen für die Umschaltung auf normalen Betrieb genügend warm geworden sind. In Fig. 3 bedeutet g das Druckdiagramm im normalen Betriebe bei Normallast, 1L das Anlaßdiagramm im Anlaßbetriebe. Im Zustande des normalen Betriebes befindet sich der zum Verkleinern des Verdichtungsraumes dienende Kolben a in der äußeren Stellung (vgl. Fig. i). Hierbei ist die Größe des Verdichtungsraumes, z. B. % des gesamten Zylinderraumes V, zu Beginn der Verdichtung, dementsprechendbeträgtderVerdichtun@senddruck 13 Atm. (Fig. 3). Die Zündung des durch Düse b eingespritzten Brennstoffes findet durch die Verdichtungswärme zuzüglich der Wärme heißer Wandungen, insbesondere der ZVandung c, statt, wonach eine weitere Drucksteigerung auf etwa 26 Atm. eintritt. Die Regulierung erfolgt in bekannter Weise durch Veränderung der eingespritzten Brennstoffmenge.; Fig. i to 3 illustrate the invention as applied to a four-stroke injection engine Fig. i indicates the state of normal operation. Fig. Z that of the Starting operation, which is carried out until the walls for the switchover have become sufficiently warm for normal operation. In Fig. 3, g denotes the pressure diagram in normal operation at normal load, 1L the starting diagram in starting operations. In condition normal operation is the one to reduce the compression space serving piston a in the outer position (see. Fig. i). Here is the size of the Compression space, z. B.% of the total cylinder space V, at the beginning of compression, accordingly, the compression discharge pressure is 13 atm. (Fig. 3). The ignition of the Fuel injected through nozzle b is added by the compression heat the heat of hot walls, in particular the ZVandung c, instead, after which another Pressure increase to about 26 atm. entry. The regulation takes place in well-known Way by changing the amount of fuel injected.

Zum Anlassen der kalten Maschine wird durch Handhebel d der Kolben a in seine innere Stellung gebracht (vgl. Fig.2) und hierdurch der V erdichtungsraum auf etwa 115 des Volumens V, zu Beginn der Verdichtung verkleinert (Fig. 3). Gleichzeitig wird aber auch durch den Verschlußschieber e die Einlaß--iffnung geschlossen. Beim Saughube kann nunmehr Luft nur noch durch die vom Ventil f freigelegte kleine Üffnung eintreten, so daß . während des ganzen Saughubes eine starke Drosselung stattfindet, und der Druck der Luft am Ende desselben und zu Beginn des Verdichtungshubes nur noch z. B. o,5 Atm. abs. beträgt. Infolge der fünfzehnfachen räumlichen Verdichtung steigt der Druck am Ende der Verdichtung auf i9 Atm., und dementsprechend die Temperatur der Ladung auf einen solchen Betrag, daß der eingespritzte Brennstoff mit Sicherheit entzündet wird. Das erste Anwerfen der :Maschine kann dabei in bekannter Weise durch Druckluft erfolgen. Nach den ersten Umdrehungen wird die Druckluft abgesperrt und Luft unter starker Drosselung durch Ventil f angesaugt. Sind nach einigen Minuten des Anlaßbetriebes die Wandungen der iflaschine warm geworden, so wird auf die Stellung des normalen Betriebes (Fig. i) umgeschaltet.To start the cold machine, piston a is brought into its inner position by hand lever d (see FIG. 2) and the compression space is thereby reduced to about 115 of the volume V at the beginning of compression (FIG. 3). At the same time, however, the inlet opening is also closed by the slide valve e. At the suction hood, air can now only enter through the small opening exposed by valve f, so that. during the whole suction stroke a strong throttling takes place, and the pressure of the air at the end of the same and at the beginning of the compression stroke only z. B. 0.5 atm. Section. amounts to. As a result of the fifteen-fold spatial compression, the pressure at the end of the compression rises to 19 atm., And accordingly the temperature of the charge to such an extent that the injected fuel is certain to ignite. The machine can be started for the first time in a known manner using compressed air. After the first few turns, the compressed air is shut off and air is sucked in with strong throttling through valve f. If the walls of the machine have warmed up after a few minutes of start-up operation, the system switches to normal operation (Fig. I).

Wesentlich ist, daß die zu diesem Anlaßverfahren erforderliche Herabsetzung des Druckes beim Ansaugen durch Drosselung während der ganzen Ladeperiode erfolgt. Denn nur so wird vermieden, daß die Druckverminderung auch eine gleichzeitige Verininderung der Ladungstemperatur zu Beginn der Verdichtung zur Folge hat, die wiederum eine wesentliche Verminderung der Temperatur zu Ende der Verdichtung verursacht und damit die Zündsicherheit aufhebt.It is essential that the reduction required for this start-up procedure of the pressure during suction takes place by throttling during the entire charging period. This is the only way to avoid that the pressure reduction is also a simultaneous reduction the charge temperature at the beginning of the compression, which in turn has a causes a substantial decrease in temperature at the end of the compaction and thus the ignition security cancels.

Daß bei Druckverminderung durch Drosseln keine oder nur ganz geringe Abkühlung eintritt, wird durch die Erfahrungen der Therniodynamik bestätigt (s. Schule »Technische Thermodynamik« Band I, 3. Aufl., S.236 u. f., Springer 1917). Diese schädliche Temperaturverminderung wird nicht vermieden, wenn die Druckverminderung statt durch Drosselung beispielsweise durch Schluß des Einlaßventiles vor beendigtem Hub erzielt wird, wobei für den ersten Teil des Ladehubes ungedrosseltes Einströmen stattfindet, alsdann nach plötzlichem Schluß des Einlaßventils die Ladung während des restlichen Saughubes@expandiert wird. Wenn auf diese Weise der- Druck, z. B. auf o,5 Atm., herabgesetzt wird (gegenüber o,9 Atm. im Diagramm des normalen Betriebes), so wird dabei die Ladung um 35° abgekühlt, und die Kompressionsendtemperatur wird um ein Vielfaches dieses Betrages erniedrigt. -Bei der Anwendung des die Erfindung bildenden Verfahrens auf Zweitaktmaschinen muß entsprechend verfahren werden, und auch bei diesen die Verminderung des Ladungsdruckes zu Beginn der Verdichtung durch Drosselung der eintretenden Luft herbeigeführt werden. ' Es sind nun bereits Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei denen Veränderung des Verdichtungsraumes und Drosselung der Ladung angewandt wurde. Hierbei handelt es sich aber um Verbrennungskraftmaschinen, die meist ein brennbares Gasluftgemisch verdichten, welches durch eine besondere Zündung entflammt wird. Bei diesen wurde Drosselung und Veränderung des Verdichtungsraumes im Zusammenhang mit der Leistungsregulierung benutzt, um den bei kleinen Lasten infolge starker Drosselung sehr niedrigen Verdichtungsdruck zu steigern. Diese Gründe kommen bei der Maschinengattung, auf die sich die Erfindung bezieht, nicht in Betracht. Die Erfindung besteht darin, für das Anlassen und Anwärmen von Verbrennungskraftmaschinen, bei denen im normalen Betriebe die Verdichtungswärme zur Selbstzündung des in den Verbrennungsraum .eingespritzten flüssigen Brennstoffes nicht genügt, sondern hierzu außerdem die Wärme von Wandungen des '\Terdichtungsraumes erforderlich ist, mit einer - so weit gehenden Verkleinerung des normalen Verdichtungsraumes, daß bei kalter Maschine Selbstzündung erreicht wird, gleichzeitig und zwangläufig eine - im wesentlichen durch Drosselung und daher ohne merklichen Temperaturabfall bewirkte - im Vergleich zum normalen derartige' Verminderung des Ladungsdruckes zu Beginn der Verdichtung zu verbinden, daß beim Anlassen trotz des erhöhten Verdichtungsverhältnisses die relativ niedrigen Höchstdrucke des Normalbetriebes nicht wesentlich überschritten werden und der Normalbetrieb ohne äußere Vorwärmung oder Anlaßbetrieb mit Hilfsbrennstoff erreicht werden kann.That when the pressure is reduced by throttling no or only very little Cooling occurs, is confirmed by the experience of therniodynamics (see Sect. School "Technical Thermodynamics" Volume I, 3rd edition, p.236 and f., Springer 1917). This harmful temperature reduction is not avoided when the pressure reduction instead of throttling, for example, by closing the inlet valve before finished Stroke is achieved, with unthrottled inflow for the first part of the loading stroke takes place, then after sudden closure of the inlet valve the charge during of the remaining suction stroke @ is expanded. If in this way the pressure, e.g. B. is reduced to 0.5 atmospheres (compared to 0.9 atmospheres in the diagram of normal operation), the load is thereby cooled by 35 ° and the final compression temperature becomes reduced by a multiple of this amount. -When applying of the method forming the invention on two-stroke machines must proceed accordingly and also with these the reduction of the cargo pressure at the beginning of the compression can be brought about by throttling the incoming air. 'There are now Internal combustion engines known in which change the compression chamber and charge throttling has been applied. However, these are internal combustion engines, which usually compress a combustible gas-air mixture, which is caused by a special Ignition is ignited. These were throttling and changing the compression area used in connection with power regulation in order to reduce the load on small loads to increase very low compression pressure due to strong throttling. These reasons do not come into consideration for the type of machine to which the invention relates. The invention consists in starting and warming up internal combustion engines, where in normal operation the heat of compression for self-ignition of the in the Combustion chamber .injected liquid fuel is not sufficient, but for this purpose in addition, the heat from the walls of the sealing space is required a - so far going reduction of the normal compression area that with cold machine self-ignition is achieved, at the same time and inevitably a - caused essentially by throttling and therefore without a noticeable drop in temperature - Compared to normal such a reduction in cargo pressure at the beginning connect the compression that when starting despite the increased compression ratio the relatively low maximum pressures of normal operation are not significantly exceeded and normal operation without external preheating or starting operation with auxiliary fuel can be reached.

Die Höchstdrucke beim Anlassen bleiben auch dann noch genügend niedrig, wenn der Verdichtungsenddruck beim Anlassen größer ist als der im Normalbetriebe (Fig. 3). Denn infolge der starken Herabsetzung des Ladungsdruckes zu Beginn der Verdichtung befindet sich beim Anlaßbetriebe im Zylinder eine viel geringere Luftmenge als im Normalbetriebe, es kann also nur eine kleinere Brennstoffmenge verbrennen und die Drucksteigerung durch die Verbrennung bleibt entsprechend gering. Der gleichzeitig hierdurch bedingte Nachteil, daß die Maschine beim Anlaßbetriebe nicht mit der vollen-Leistung belastet werden kann, wird dadurch verkleinert, daß die beim Anlassen zur Verbrennung gelangende kleinere Brennstoffmenge infolge .des größeren Verdichtungsverhältnisses besser ausgenutzt wird.The maximum pressures when starting remain sufficiently low if the final compression pressure when starting is greater than that in normal operation (Fig. 3). Because as a result of the strong reduction in cargo pressure at the beginning of the Compression there is a much smaller amount of air in the cylinder when starting the engine than in normal operation, so it can only burn a smaller amount of fuel and the pressure increase due to the combustion remains correspondingly low. The one at the same time This has the disadvantage that the machine does not operate at full power when starting can be burdened, is reduced by the fact that the starting for combustion Smaller amount of fuel arriving as a result of the greater compression ratio is better exploited.

Zur vollständigen Sicherheit gegen unzulässige Höchstdrucke ist es erwünscht, daß die für das Anlassen notwendige Herabsetzung des Druckes der Ladung zu Beginn der Verdichtung unter allen Umständen erreicht wird. Sie muß also z. B. unabhängig sein von der in der ersten Anlaßperiode von Null bis auf den Normalwert ansteigenden Drehzahl. Dies ist z. B. bei einfachem Drosseln der Ansaugöffnung nicht der Fall. Gemäß der Erfindung soll daher die mit der Vergrößerung der Verdichtung zwangläufig herbeigeführte Druckverminderung derart bewirkt werden, daß der erforderliche Kleinstwert stets selbsttätig erreicht wird. Dies kann z. B,, wie in Fig. a, dadurch geschehen, daß beim Anlassen Luft nur durch das Ventil j einströmen kann, welches nur nach Erreichung eines bestimmten Unterdruckes im Zylinder sich öffnet.For complete security against impermissible maximum pressures it is it is desirable that the charge reduction necessary for cranking at the beginning of the compaction is achieved under all circumstances. So you must z. B. be independent of that in the first tempering period from zero to normal increasing speed. This is e.g. B. not with simple throttling of the suction opening the case. According to the invention, therefore, with the increase in compression inevitably induced pressure reduction can be effected in such a way that the required The smallest value is always reached automatically. This can e.g. B ,, as in Fig. A, thereby happen that when starting air can only flow in through valve j, which only opens after reaching a certain negative pressure in the cylinder.

Um auch während der kurzen Zeit der Umstellung vom Anlaßbetrieb auf Normall3etrieb ungewollte Höchstdrucke auszuschließen, soll gemäß der Erfindung die Druckverminderung erst dann aufgehoben werden, wenn die Verkleinerung des Verdichtungsraumes ganz oder nahezu ganz aufgehoben ist. Dies kann z. B. nach der in Fig. i und a angedeuteten Art dadurch geschehen, daß der Luftschieber e erst während des letzten Teiles der Auswärtsbewegung des Kolbens c geöffnet wird.To even during the short period of changeover from starting operation to Normal operation to exclude unwanted maximum pressures is intended according to the invention the pressure reduction can only be canceled when the reduction in size of the compression space is completely or almost completely canceled. This can e.g. B. after that indicated in Fig. I and a Kind of done in that the air slide e only during the last part of the Outward movement of the piston c is opened.

Claims

F'ATCN'r-A \ SPRÜCiiR: i. Procedures for starting internal combustion engines, where in normal operation the heat of compression for self-ignition of the in the Combustion chamber injected liquid fuel alone is not enough, but this also requires the @Varms of '\ Ä' changes in the compression area is, characterized in that with a reduction in the normal compression space at the same time and inevitably one - mainly by throttling without noticeable Temperature drop caused - lowering of the boost pressure takes place, so that the pressure at the beginning of the compaction is lower than in normal operation. z. Procedure according to Claim i, characterized in that the reduction in the initial compression pressure by special devices, e.g. B. -by a -small; automatically acting valve, regardless of the size of the speed is achieved. 3. Procedure according to claim r, characterized in that the Pressure reduction of the cargo is only canceled when the normal compression space is entirely or almost entirely manufactured.